FR2930469A3

FR2930469A3 - Laser, plasma, electron beam or blow-lamp welding of two sheet metals by transparency, comprises coating the sheet metals using metal layer for protection, and limiting the space of the sheet metals with respect to the predetermined space

Info

Publication number: FR2930469A3
Application number: FR0852842A
Authority: FR
Inventors: Pierrick Barbe; Fabrice Drexler
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-10-30

Abstract

The process for laser, plasma, electron beam or blow-lamp welding of two sheet metals (2, 3) by transparency, comprises coating the sheet metals using a metal layer for protection, limiting the space of the sheet metals with respect to the predetermined space, which is non-zero during the welding phase, and displacing two contact rods close to the welding zone and around two sheet metals. The contact rods are spaced at a distance of limitation equal to the value of predetermined space increased to the sum of thickness of the sheet metals. An independent claim is included for an installation for welding two sheet metals by transparency.

Description

Procédé et installation de soudure d'au moins deux tôles par transparence. L'invention concerne un procédé de soudure d'au moins deux tôles par transparence, et plus particulièrement lorsqu'au moins une tôle est revêtue par un revêtement métallique. Elle concerne également une installation apte à mettre en oeuvre le procédé. Selon un procédé particulier de soudage, dit par transparence, on superpose des tôles, par exemple en acier, et on chauffe localement l'une des tôles. La matière de la première tôle fond et vient en contact avec la tôle sous-jacente, de manière à faire fondre également la matière de la deuxième tôle. La matière se mélange dans cette zone et une soudure est réalisée entre les tôles après refroidissement de la matière. Process and installation of welding of at least two sheets by transparency. The invention relates to a method of welding at least two sheets by transparency, and more particularly when at least one sheet is coated with a metal coating. It also relates to an installation capable of implementing the method. According to a particular method of welding, said transparency, superimposed sheets, for example steel, and locally heated one of the sheets. The material of the first sheet melts and comes into contact with the underlying sheet, so as to also melt the material of the second sheet. The material mixes in this area and a weld is made between the sheets after cooling of the material.

Pour chauffer la zone de soudure, on utilise par exemple un rayon laser. On peut également utiliser une flamme produite par un chalumeau, un faisceau d'électrons ou un inducteur à hautes fréquences. To heat the weld area, for example, a laser beam is used. It is also possible to use a flame produced by a blowtorch, an electron beam or a high frequency inductor.

Lorsque l'une des tôles présente une face revêtue en regard de la tôle adjacente, par exemple par un revêtement en zinc, le métal du revêtement est vaporisé avant que la matière de la tôle soit fondue. Si les tôles sont serrées l'une contre l'autre, le métal vaporisé risque de former des bulles dans la matière fondue, ce qui réduit sérieusement la résistance finale de la soudure. When one of the sheets has a coated face facing the adjacent sheet, for example by a zinc coating, the metal coating is vaporized before the material of the sheet is melted. If the sheets are clamped against each other, the vaporized metal may bubble into the melt, seriously reducing the ultimate strength of the weld.

Pour remédier à ce problème, il a été proposé dans le document FR 2 884 448 de former des bossages sur au moins l'une des tôles de manière à maintenir un écartement entre les tôles adjacentes par l'appui de l'une des tôles sur le sommet des bossages de l'autre. Ainsi, il existe toujours un chemin entre les tôles pour évacuer le métal vaporisé. Cependant, ce procédé nécessite une opération de préparation des tôles pour former les bossages, ce qui grève le coût de production. Le document FR 2 728 820 Al montre un système de soudure par résistance dans lequel une pince est manipulée par un robot. La pince est manoeuvrée par un vérin électrique dont le courant d'alimentation est surveillé. Dès que le courant atteint un seuil prédéterminé, on considère que l'effort de serrage est suffisant, et on peut alimenter la pince en courant électrique afin de réaliser la soudure. Cet asservissement en force de la pince ne permet pas de laisser un écartement des tôle pour évacuer les vapeurs du revêtement.C'est donc un objectif de l'invention de proposer un procédé et une installation de soudure d'au moins deux tôles par transparence qui permettent d'obtenir une bonne qualité de soudure sans opération supplémentaire. Avec cet objectif en vue, l'invention a pour objet un procédé de soudure d'au moins deux tôles par transparence, l'une au moins des tôles étant revêtue d'une couche métallique de protection. On limite l'écartement des tôles à un écartement prédéterminé non nul pendant une phase de soudure. To remedy this problem, it has been proposed in document FR 2 884 448 to form bosses on at least one of the sheets so as to maintain a spacing between the adjacent sheets by the support of one of the sheets on the top of the bosses of the other. Thus, there is always a path between the sheets to evacuate the vaporized metal. However, this process requires a sheet preparation operation to form the bosses, which strike the cost of production. Document FR 2 728 820 A1 shows a resistance welding system in which a gripper is manipulated by a robot. The clamp is operated by an electric cylinder whose feed current is monitored. As soon as the current reaches a predetermined threshold, it is considered that the clamping force is sufficient, and it can power the clamp electric current to achieve the weld. This slaving force of the clamp does not allow to leave a spacing of the sheet to evacuate the vapor coating.It is therefore an object of the invention to provide a method and a welding installation of at least two sheets by transparency which allow to obtain a good quality of welding without additional operation. With this object in view, the invention relates to a method of welding at least two sheets by transparency, at least one sheet being coated with a protective metal layer. The spacing of the sheets is limited to a predetermined non-zero gap during a welding phase.

Donc, avec le procédé selon l'invention, on se contente de limiter l'écartement des tôles, sans imposer cet écartement. On a constaté en effet, en particulier avec des pièces de tôle emboutie, que les tôles ont tendance à s'écarter les unes des autres, en prenant appui l'une sur l'autre en des zones très limitées. Ainsi, le fait de limiter l'écartement permet, pour la plupart des zones à souder sur un parcours, d'obtenir l'écartement souhaité. Dans les zones où les tôles sont malgré tout en appui l'une sur l'autre, la qualité de la soudure sera dégradée, mais la part de ces zones est minime et cette dégradation est parfaitement acceptable. On peut aussi comme dans la technique antérieure superposer plus de deux tôles. Selon une manière particulière, on déplace à proximité d'une zone de soudage et autour des tôles deux touches écartées d'une distance de limitation égale à la valeur de l'écartement prédéterminé augmenté de la somme des épaisseurs des tôles. Les touches étant en appui sur les faces extérieures des tôles, on force les tôles à revenir à l'écartement prédéterminé si elles sont éloignées l'une de l'autre d'une distance supérieure à l'écartement prédéterminé. Le procédé s'applique par exemple pour une soudure par laser, par plasma, par faisceau d'électrons ou par chalumeau. L'invention a aussi pour objet une installation de soudure comportant un générateur pour souder ensemble au moins deux tôles par transparence. Elle comporte un limiteur d'écartement à proximité d'une zone de soudure pour limiter l'écartement des tôles à un écartement prédéterminé non nul pendant une phase de soudure. Selon une disposition, le limiteur comporte deux touches, les touches étant aptes à encadrer les tôles avec une distance de limitation égale à l'écartement prédéterminé augmenté de la somme des épaisseurs des tôles. Les tôles peuvent venir en butée contre les touches. Du fait que la distance entre les touches est supérieure à la somme des épaisseurs des tôles, celles-ci peuvent être écartées l'une de l'autre en ménageant un espace pour que la vapeur puisse s'évacuer. Selon un mode de réalisation, les touches sont des roulettes ayant des axes de rotation parallèles. Ainsi, le limiteur et les tôles peuvent se déplacer relativement les uns aux autres sans générer de frottement pour un déplacement perpendiculaire aux axes des roulettes. De plus, si les tôles sont écartées plus que de l'écartement prédéterminé, les roulettes les rapprochent facilement par leur roulement sur les tôles. Selon un perfectionnement, au moins une roulette comporte une gorge circulaire sur sa périphérie. La gorge dégage un espace pour accéder à une zone de soudure très proche de la zone de contact entre la roulette et la tôle. On peut par exemple faire passer un rayon laser dans l'espace ainsi dégagé par la gorge. Thus, with the method according to the invention, it is sufficient to limit the spacing of the sheets, without imposing this spacing. It has been found in fact, in particular with stamped sheet metal parts, that the sheets tend to deviate from each other, by being supported on one another in very limited areas. Thus, the fact of limiting the spacing allows, for most areas to be welded on a path, to obtain the desired spacing. In areas where the sheets are still supported on each other, the quality of the weld will be degraded, but the share of these areas is minimal and this degradation is perfectly acceptable. One can also as in the prior art superimpose more than two sheets. According to a particular way, two keys apart by a limiting distance equal to the value of the predetermined spacing increased by the sum of the thicknesses of the sheets are moved close to a welding zone and around the plates. The keys being pressed against the outer faces of the sheets, the sheets are forced to return to the predetermined spacing if they are spaced from each other by a distance greater than the predetermined spacing. The method applies for example for a laser, plasma, electron beam or torch welding. The invention also relates to a welding installation comprising a generator for welding together at least two sheets by transparency. It comprises a spacer limiter near a weld zone to limit the spacing of the sheets to a predetermined non-zero gap during a welding phase. According to one arrangement, the limiter comprises two keys, the keys being able to frame the sheets with a limiting distance equal to the predetermined spacing plus the sum of the thicknesses of the sheets. The sheets can abut against the keys. Because the distance between the keys is greater than the sum of the thicknesses of the sheets, they can be spaced from one another by providing a space for the steam to escape. According to one embodiment, the keys are rollers having parallel axes of rotation. Thus, the limiter and the plates can move relative to each other without generating friction for a displacement perpendicular to the axes of the rollers. In addition, if the sheets are spaced more than the predetermined spacing, the casters bring them easily by their rolling on the sheets. According to an improvement, at least one roulette has a circular groove on its periphery. The groove clears a space to access a weld area very close to the contact area between the wheel and the sheet. For example, a laser beam can be passed through the space thus cleared by the groove.

Selon une disposition particulière, l'installation comporte un support de touches pour maintenir les touches à la distance de limitation, le support de touches comportant des moyens de réglage pour régler la distance de limitation. On peut ainsi facilement adapter l'installation en fonction de la pièce à réaliser, en particulier en fonction du nombre de tôles à assembler et en fonction de leurs épaisseurs. Le réglage peut être réalisé de manière manuelle, avant de fabriquer une série de pièces, ou de manière motorisée, pilotée à distance ou par un automate. Selon un perfectionnement, le support de touches est monté flottant. L'installation permet alors d'admettre des défauts de positionnement ou de géométrie de la pièce à réaliser. According to a particular arrangement, the installation comprises a key support for holding the keys at the limiting distance, the key support having adjustment means for adjusting the limiting distance. It is thus easy to adapt the installation according to the part to be produced, in particular according to the number of sheets to be assembled and according to their thicknesses. The adjustment can be done manually, before making a series of parts, or motorized, remotely controlled or by a PLC. According to an improvement, the key support is mounted floating. The installation then makes it possible to admit defects in the positioning or geometry of the part to be produced.

Selon une disposition particulière, l'installation comporte des moyens de manipulation pour déplacer les tôles et un bâti fixe pour supporter le limiteur d'écartement. On facilite ainsi la mise en place du générateur et des moyens pour amener l'énergie sur la zone de soudure. De manière particulière, le générateur est un laser. L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'une installation conforme à l'invention ; - la figure 2 est une vue du détail II de la figure . Une installation conforme à l'invention, telle que représentée sur les figures 1 et 2, comporte un bâti 10 fixe supportant les outils de soudure, et des moyens de manipulation tel qu'un robot 11 apte à manipuler les pièces à réaliser. Le robot 11 représenté est un robot polyarticulé, mais il pourrait être un robot à mouvements linéaires croisés. Il comporte un outil de préhension 110 adapté pour prendre et maintenir ensemble au moins deux tôles 2, 3, éventuellement préformées par pliage, découpe et/ou emboutissage. Le robot 11 permet de présenter les tôles 2, 3 maintenues ensemble aux outils de soudure. According to a particular arrangement, the installation comprises handling means for moving the sheets and a fixed frame to support the spacer limiter. This facilitates the establishment of the generator and means for bringing the energy to the weld zone. In particular, the generator is a laser. The invention will be better understood and other features and advantages will become apparent on reading the description which follows, the description referring to the appended drawings in which: FIG. 1 is a schematic view of an installation conforming to FIG. invention; - Figure 2 is a detail view II of the figure. An installation according to the invention, as shown in Figures 1 and 2, comprises a fixed frame 10 supporting the welding tools, and handling means such as a robot 11 adapted to handle the parts to be made. The robot 11 shown is a polyarticulate robot, but it could be a robot with crossed linear movements. It comprises a gripping tool 110 adapted to take and hold together at least two sheets 2, 3, possibly preformed by folding, cutting and / or stamping. The robot 11 makes it possible to present the sheets 2, 3 held together with the welding tools.

L'installation 1 comporte, montés sur le bâti 10, un support de touches 120, un générateur 13 qui est un laser apte à générer un rayon laser L et un dispositif optique 14. Le dispositif optique 14 permet de contrôler le rayon laser L fourni par le générateur 13, c'est-à-dire de le diriger et le focaliser vers une zone de soudure S. Le dispositif optique 14 comporte par exemple des miroirs pour orienter le rayon laser L. Il pourrait aussi comporter des fibres optiques pour alimenter la zone de soudure S avec le faisceau. Le support de touches 120 est monté flottant sur le bâti 10, de manière à autoriser un coulissement, par exemple vertical, de manière élastique, sur quelques millimètres ou centimètres, ou une rotation, d'axe horizontal, de manière à autoriser une oscillation sur quelques minutes ou 6 degrés d'angle. Le support de touches 120 comporte deux bras 121, 122 s'étendant sensiblement horizontalement et à l'extrémité de chacun desquels est prévue une touche 123, 124. Chaque touche a la forme d'une roulette 123, 124 montée rotative sur le bras 121, 122 correspondant. Les axes des roulettes 123, 124 sont parallèles entre eux. Les axes des roulettes 123, 124 sont représentés perpendiculaires aux bras 121, 122 sur la figure 1, mais ils pourraient aussi être orientés différemment, par exemple parallèlement aux bras 121, 122. Chaque roulette 123, 124 comporte une gorge circulaire 1230, 1240 sur sa périphérie. Les gorges sont représentées en section rabattue sur la figure 2. Les bras 121, 122, les roulettes 123, 124 et le support de touches 120 forment un limiteur d'écartement 12. Le limiteur d'écartement 12 comporte également des moyens de réglage, non représentés, de manière à pouvoir ajuster la distance entre les roulettes 123, 124 en déplaçant les bras 121, 122. Ainsi, on place les roulettes 123, 124 en réglant une distance de limitation D mesurée entre des plans P1, P2 parallèles tangents à la périphérie des roulettes 123, 124. The installation 1 comprises, mounted on the frame 10, a key support 120, a generator 13 which is a laser capable of generating a laser beam L and an optical device 14. The optical device 14 makes it possible to control the laser beam L supplied by the generator 13, that is to say to direct it and focus towards a weld zone S. The optical device 14 comprises for example mirrors for orienting the laser beam L. It could also include optical fibers to feed the welding zone S with the beam. The key support 120 is mounted floating on the frame 10, so as to allow sliding, for example vertical, elastically over a few millimeters or centimeters, or a rotation, of horizontal axis, so as to allow oscillation on a few minutes or 6 degrees of angle. The key support 120 comprises two arms 121, 122 extending substantially horizontally and at the end of each of which is provided a key 123, 124. Each key has the shape of a wheel 123, 124 rotatably mounted on the arm 121 , 122 corresponding. The axes of the rollers 123, 124 are parallel to each other. The axes of the rollers 123, 124 are shown perpendicular to the arms 121, 122 in Figure 1, but they could also be oriented differently, for example parallel to the arms 121, 122. Each wheel 123, 124 has a circular groove 1230, 1240 on its periphery. The grooves are shown in section folded in FIG. 2. The arms 121, 122, the rollers 123, 124 and the key support 120 form a spacer limiter 12. The spacer limiter 12 also comprises adjustment means, not shown, so as to be able to adjust the distance between the rollers 123, 124 by moving the arms 121, 122. Thus, the rollers 123, 124 are placed by adjusting a limiting distance D measured between parallel planes P1, P2 tangent to the periphery of the rollers 123, 124.

Pour réaliser une soudure par transparence avec une telle installation 1, on commence par régler l'écartement des roulettes 123, 124 à une distance de limitation D, déterminée par la somme des épaisseurs e2, e3 de tôle à souder, augmentée d'un écartement prédéterminé E. Cet écartement prédéterminé E est typiquement compris entre 0,2 et 0,3 mm par espace entre tôles 2, 3. To achieve a transparent weld with such an installation 1, we first set the spacing of the rollers 123, 124 at a limiting distance D, determined by the sum of the thicknesses e2, e3 welded sheet, increased by a spacing predetermined distance E. This predetermined spacing E is typically between 0.2 and 0.3 mm per space between sheets 2, 3.

On dispose au moins deux tôles 2, 3 l'une sur l'autre dans l'outil de préhension 110 du robot 11 qui maintient les tôles 2, 3 en place. Les tôles 2, 3 sont par exemple revêtues d'une couche métallique telle qu'un revêtement de zinc, non représenté. Le robot 11 déplace les tôles 2, 3 jusqu'aux touches 123, 124, de manière à introduire les tôles 2, 3 entre les roulettes 123, 124. Même si l'empilement des tôles 2, 3 n'est pas parfaitement positionné par rapport aux roulettes 123, 124, celles-ci, du fait de leur forme arrondie et de leur possibilité de rotation, orientent les tôles 2, 3 entre les roulettes 123, 124, au besoin en agissant sur le support de touches 120 pour le faire coulisser et se recentrer sur les tôles 2, 3. De plus, si les tôles 2, 3 sont écartées entre elles, les roulettes 123, 124 exercent une pression sur elles pour les rapprocher, mais en maintenant l'écartement prédéterminé E entre elles. At least two sheets 2, 3 are arranged one on the other in the gripping tool 110 of the robot 11 which holds the sheets 2, 3 in place. The sheets 2, 3 are for example coated with a metal layer such as a zinc coating, not shown. The robot 11 moves the plates 2, 3 to the keys 123, 124, so as to introduce the sheets 2, 3 between the rollers 123, 124. Even if the stack of the sheets 2, 3 is not perfectly positioned by relative to the rollers 123, 124, these, because of their rounded shape and their possibility of rotation, orient the sheets 2, 3 between the rollers 123, 124, if necessary by acting on the support of keys 120 to do it slide and refocus on the sheets 2, 3. In addition, if the sheets 2, 3 are spaced apart, the rollers 123, 124 exert a pressure on them to bring them closer, but maintaining the predetermined spacing E between them.

Le robot 11 place les tôles 2, 3 à une position prédéterminée, pour qu'une zone de soudure S soit dans la trajectoire du rayon laser L. Le générateur 13 fournit alors le rayon laser L, dont la trajectoire passe dans les gorges des roulettes 123, 124. Le rayon laser L, en éclairant la zone de soudure S, chauffe d'abord la tôle supérieure 3 en vaporisant la ou les couches métalliques, puis en faisant fondre la matière de la tôle. Le bain de matière fondue vient en contact avec la tôle 2 sous- jacente et transmet ainsi la chaleur à ladite tôle 2, provoquant la vaporisation de la ou des couches métalliques et la fusion de la matière. Le robot 11 déplace éventuellement les tôles 2, 3 de manière à réaliser une soudure continue. L'espace entre les tôles 2, 3 est donc au maximum l'écartement prédéterminé E, ce qui permet de garantir que les tôles 2, 3 sont suffisamment proches pour être soudées ensemble, tout en préservant la possibilité d'un écartement afin qu'un espace subsiste pour évacuer les vapeurs métalliques. The robot 11 places the sheets 2, 3 at a predetermined position so that a weld zone S is in the path of the laser beam L. The generator 13 then supplies the laser beam L, whose path passes through the grooves of the rollers 123, 124. The laser beam L, by illuminating the weld zone S, first heats the upper plate 3 by vaporizing the metal layer or layers, then melting the material of the sheet. The melt bath comes into contact with the underlying sheet 2 and thereby transmits heat to said sheet 2, causing vaporization of the one or more metal layers and melting of the material. The robot 11 optionally moves the sheets 2, 3 so as to achieve a continuous weld. The space between the sheets 2, 3 is therefore at the maximum predetermined spacing E, which ensures that the sheets 2, 3 are close enough to be welded together, while preserving the possibility of spacing so that a space remains to evacuate the metallic vapors.

Claims

REVENDICATIONS1. A method of welding at least two sheets (2, 3) by transparency, at least one of the sheets (2, 3) being coated with a protective metal layer, characterized in that the spacing of the plates (2, 3) at a predetermined spacing (E) not zero during a welding phase.

2. Method according to claim 1, in which one moves near a welding zone and around the plates (2,

3) two keys (123, 124) spaced by a limiting distance (D) equal to the value of the predetermined spacing (E) plus the sum of the thicknesses of the sheets (2, 3). 3. The method of claim 1, wherein the weld is a laser weld, plasma, electron beam or torch.

4. Welding installation comprising a generator (13) for welding together at least two sheets (2, 3) by transparency, characterized in that it comprises a spacer limiter (12) near a weld zone ( S) to limit the spacing of the sheets (2, 3) to a predetermined spacing (E) not zero during a welding phase.

5. Installation according to claim 4, wherein the limiter comprises two keys (123, 124), the keys (123, 124) being adapted to frame the sheets (2, 3) with a limiting distance (D) between them equal at the predetermined distance (E) plus the sum of the thicknesses of the sheets (2, 3).

6. Installation according to claim 5, wherein the keys are rollers (123, 124) having parallel axes of rotation.

7. Installation according to claim 6, wherein at least one wheel (123, 124) has a circular groove on its periphery.

8. Installation according to claim 5, characterized in that it comprises a key support (120) for holding the keys (123, 124) at the limiting distance (D), the key support (120) comprising means to adjust the limiting distance (D).

9. Installation according to claim 8, wherein the key support (120) is mounted floating.

10. Installation according to claim 4, characterized in that it comprises handling means (11) for moving the plates (2, 3) and a frame (10) fixed to support the spacer limiter (12).

11. Installation according to claim 4, wherein the generator (13) is a laser.